3D打印与轨道交通

列车的维护和修理需尽快完成，以保证车辆能够及时恢复运行。未来，西门子交通将在分布全球的维修站运用3D打印技术快速制造零部件，从而加速备件的采购流程。这将节省高达95%的制作时间。在德国多特蒙德新建的铁路服务中心，人们已经领略到了这种新方式的诸多优势。

如果你曾去过有电车或通勤铁路系统的城市，应该会很快注意到，不同城市的火车和有轨电车样式迥异。例如，一些城市低地板有轨电车的入口通道很低，而另一些城市有轨电车的站台很高。由于不同公共交通运营商的个性化要求，轨道系统呈现出多样化类型。西门子也提供不同类型的轨道车辆。然而，这种多样性会给运维工作带来挑战，因为这意味着要储备多种多样的备件。

公共交通运营商希望他们的车辆能够获得快捷的服务，以尽快恢复运行——最好是保证在一天之内完成。所以，备用部件也必须快速获取。然而，与汽车的情况不同，轨道车辆的零部件设计复杂且数量较少，往往只根据具体需要来进行制造、铸造或者研磨。并且，这些零部件在订购后通常需要几周甚至数月的交付时间。如此长的交付周期对于公共交通运营商来说是难以接受的。

实时打印而非仓储

截至目前，西门子交通仍会根据交通应用的需要预制关键备件，并储存在维修站。这让用于列车维护的零部件储备可用率接近100%。然而，这种方式的弊端是成本高昂，尤其是考虑到很多零部件最终并不会真正使用。因此，西门子交通提出了一个新想法：计划在维修站逐步配备最尖端的工业3D打印机，可以在几个小时内完成备件的制作。目前西门子已经在新建的维修站——RRX铁路服务中心安装了一台3D打印机，该中心于2018年春天在多特蒙德建立。维修中心已经在为杜塞尔多夫机场的空中列车（SkyTrain）打印零部件，这辆悬挂单轨列车由西门子提供，连接机场各个航站楼。除零部件外，3D打印机还生产了列车所需的单个工具和设备。

“未来几年，我们将在全球各地建立完整的数字化打印机网络，并将它们与在爱尔兰根的总部联系起来，在那里我们运营着一个3D打印能力中心。”西门子交通增材制造业务负责人Michael Kuczmik表示。目前，全球共有88个这样的维护项目正在进行。

“长久以来，我们一直在爱尔兰根制造备件，并将它们运输到各个仓库。”Kuczmik介绍道。不过，运输需要时间，而在仓库使用3D打印机制造零部件会显著缩短维护过程。“在我们的仓库中使用3D打印机标志着向前迈出了一大步。”Kuczmik说道。他和同事们期待着成本的大幅降低。此外，3D打印的使用减少了所需仓储的设备数量，同时也确保了备件的快速供应。但是，多特蒙德的设施并不能实现完全自给自足。“所以我们继续在能力中心使用西门子NX软件设计备件，”KuczMik解释道，“然后我们将数据发送到多特蒙德，在那里进行打印。”

成品组件而非样品

西门子在增材制造方面已经积累了丰富的经验。西门子中央研究院早在1989年就购买了第一台3D打印机，比大多数公司都要早。几年前，西门子发电服务集团面向市场推出了第一款3D打印组件——燃气轮机燃烧器的尖端。“这对我们交通业务来说是一个启发，”Kuczmik表示，“我们开始思考，如果增材制造可以实现如此高要求的应用，那么它也可以用于生产对安全至关重要的轨道零部件。” 五年前，西门子交通发起了一项3D打印可行性研究，并从那时起，一直在爱尔兰根设计和制造金属及塑料部件。

然而，爱尔兰根的专家最初不得不应对一项重大挑战，因为当时还没有针对使用增材制造技术生产的铁路系统部件的行业标准。“因此，我们进行了广泛研究，花了整整一年时间来开发3D打印工艺，确保打印系统稳定运行，以及所生产的零件能保持始终如一的高质量。”Kuczmik解释道。他们的成果说服了德国技术检验协会TÜV Süd。西门子交通和德国的另一家制造商被该协会认证为“增材制造服务的工业供应商”。

“3D打印通常只用于制造样品，”Kuczmik说，“而我们会使用3D打印来生产某些对安全至关重要的零部件，并确保零部件在恶劣条件下能够正常运转。”

多特蒙德的铁路服务中心最初只打印塑料部件，因为Stratasys公司提供的塑料打印机较易于操作。用于打印金属部件的设备则要求专业的知识技能，因此这类设备目前只在埃尔朗根使用。多特蒙德的打印机工作原理是基于熔融沉积建模技术，塑料层层熔化，进而成型为3D结构。“Stratasys被视为这种技术的首创者，我们也相信这一系统是最先进的。”Kuczmik表示。

现在，熔融沉积建模方法也计划用于在多特蒙德制造轨道车辆内部镶板组件。例如，比赛后狂热的球迷在火车或电车里闹事，如果没有替代品存货，那么可能会需要这种镶板备件。“位于多特蒙德的RRX铁路服务中心需要确保轨道车辆的可用性，”Kuczmik说，“这意味着我们必须要让车辆尽快恢复运行，保证乘客的使用。”这一原则不仅适用于日常维护，也适用于包括事故或损坏等意外事件。通过塑料3D打印，多特蒙德的专家可以快速修复损坏的零部件。过去制造零部件要花数个星期的时间，而现在3D打印机只需要几个小时。换句话说：这一解决方案将备件制造时间缩短了最高达95%。

增材制造技术也将很快应用于在美国和俄罗斯的轨道车辆维修。目前，美国轨道车辆的备件仍在埃尔兰根打印，然后运往美国。Kuczmik表示：“将来我们会加快这一进程，通过在美国安装打印机，进一步扩大我们的增材制造网络。”